The parasitophorous vacuole of Encephalitozoon cuniculi: origin of the membrane and characterization of pore-forming proteins
Final Report Abstract
Mikrosporidien sind eine Gruppe von einzelligen Eukaryonten, die durch ihre obligat intrazelluläre Lebensweise gekennzeichnet sind. Durch Genomvergleiche konnte in den letzten Jahren gezeigt werden, dass sie phylogenetisch den Pilzen zuzuordnen sind. Als opportunistische Erreger können einige Spezies auch im Menschen Infektionen hervorrufen. Um in ihre Wirtszelle einzudringen, haben Mikrosporidien einen einzigartigen Invasionsmechanismus entwickelt. Ein Hohltubulus, das sogenannte "polare Filament", befindet sich aufgerollt im Inneren der Spore. Auf einen bislang unverstandenen Reiz hin wird durch Trehalose-Spaltung der osmotische Druck im Inneren der Spore erhöht und Wasser diffundiert durch Aquaporine in die Zelle. Durch die Erhöhung des Drucks platzt die Sporenwand an einer Sollbruchstelle auf und das polare Filament wird herausgeschleudert. Nach dem gängigen Infektionsmodell durchschlägt das polare Filament nun die Plasmamembran der Wirtszelle und das infektiöse Sporoplasma, das den u.a. Zellkern enthält, wird durch das dehnbare polare Filament in die Wirtszelle injiziert. Einige Mikrosporidien-Spezies, wie z.B. Encephalitozoon cuniculi, sind intrazellulär von einer Parasitophoren Vakuole (PV) umgeben, in der die gesamte intrazelluläre Entwicklung stattfindet. Bislang ungeklärt ist die Biogenese dieser PV, insbesondere die Frage, ob die Membranbestandteile von der Wirtszelle, oder aber von den Mikrosporidien stammen. Im Rahmen dieses Projektes konnten wir diese Fragestellung beantworten. Durch den Einbau von fluoreszenzmarkierten Lipiden gelang es uns zu zeigen, dass die Membran von der Wirtszelle und nicht von Mikrosporidien kommt. Wir konnten außerdem durch die Mikroinjektion von fluoreszierenden Farbstoffen unterschiedlicher Größe in infizierte Wirtszellen zeigen, dass die PV Poren enthält, durch die ein Austausch von Stoffwechselprodukten erfolgen kann. Durch Zeitrafferaufnahmen des Invasionsvorgangs haben wir eine interessante Entdeckung gemacht. Kurz vor der Bildung der PV scheint die Zellmembran der Wirtszelle vom polaren Filament nicht durchschlagen zu werden, sondern sich einzustülpen. Dies hat dazu geführt, dass wir für E. cuniculi ein alternatives Invasionsmodell postuliert haben. In diesem Modell wird das Sporoplasma in die fingerartige Einstülpung der Plasmamembran injiziert und danach kommt es zur Abschnürung der PV aus dieser Einstülpung.
Publications
- The nascent parasitophorous vacuole membrane of E. cuniculi is formed by host cell lipids and contains pores which allow nutrient uptake. Eukaryotic Cell, vol. 7. 2008, no. 6, pp. 1001-1008.
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